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뒷굽 길이가 짧은 캔틸레버 옹벽의 Coulomb 토압 산정에 대한 영향 인자 분석
Analysis of Influencing Factors for Calculation of the Coulomb Earth Pressure of Cantilever Retaining Wall with a Short Heel 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.33 no.11, 2017년, pp.59 - 72  

유건선 (한라대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 사질토 뒷채움재의 캔틸레버 옹벽에서 뒷굽 끝단 연직면에 작용하는 주동토압을 산정하는 방법을 제안하였다. 캔틸레버 옹벽에서 뒷굽길이에 따른 전단 영역의 변화는 벽체의 벽마찰력, 뒷채움 경사에 따라 뒷굽 끝단 연직면에 작용하는 주동토압에 영향을 준다. 뒷굽길이에 따라 변하는 파괴면각도를 가정하여 토압을 산정하는 한계평형법은 적용하기에 매우 복잡하므로 본 연구에서는 한계해석법을 사용하여 토압을 구하였다. 한계해석법으로 뒷굽길이에 따라 실제 파괴면각도가 고려된 토압을 정확히 산정하고, 이로부터 뒷굽 끝단 연직면에 작용하는 수평토압과 연직토압을 분석하였다. 본 연구결과에 의하면, 뒷굽길이가 짧아짐에 따라 내측 파괴면 경사각은 이론식보다 증가한 반면에 외측 파괴면 경사각은 영향을 받지 않았다. 뒷굽 끝단의 연직면에 작용하는 배면마찰각은 지표면 경사각과 벽면마찰각 사이의 값을 나타내었으며, 주동토압 또한 감소하였다. 최종적으로 상대적인 뒷굽길이와 뒷굽 끝단의 연직면에 작용하는 마찰각(연직토압/수평토압의 비)의 상관관계를 사용함으로써 Coulomb 토압을 간편하게 산정할 수 있도록 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the calculation method of the active earth pressure acting on the imaginary vertical plane at the end of the heel of the wall is proposed. For cantilever retaining wall, a change of shear zone behind the wall affects the earth pressure in the vertical plane at the end of heel of the w...

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  • Fig. 1(a)와 같이 사질토로 뒷채움한 캔틸레버 옹벽의 뒷굽이 충분히 긴 경우, 전단영역이 옹벽 벽체의 간섭에서 벗어나 활동파괴면의 형상에 영향을 주지 않는다. 따라서 뒷굽 끝단에서의 가상 연직면(BE)에 작용하는 토압을 산정할 때 Rankine 토압론을 적용하는 것이 이론적으로 문제가 되지 않는다(Terzaghi, 1943; Teng, 1962).
  • 4(b)와 같이 모델링하였으며, 구성 모델의 물성값을 Table 1에 요약하였다. Table 1에서 캔틸레버 옹벽은 토압에 의해 변형되지 않는 강체로 가정하였으며, 기초 지반과 뒤채움 토사는 Mohr-Coulomb 파괴모델을 따르며, 기초 지반은 지지력이 충분한 암반으로, 그리고 뒤채움 토사는 일반적인 모래로 가정하였다.
  • 1~Lmin/H까지, 뒤채움 지표면의 경사(β)를 0°, 10°, 20°로, 그리고 벽면마찰각(δ)을 뒤채움토사의 내부마찰각의 1/2과 2/3로 즉, 15°와 20°로 각각 가정하여 수치해석 하였으며, Table 2에 수치해석의 경우를 정리하였다. 본 수치해석에서는 옹벽높이를 5m로 가정하였으며, 옹벽 바닥판의 두께가 토압에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 옹벽 구조물을 강체로 그리고 두께를 1mm로 가정하였다.
  • 토압을 구할 때 한계평형법(LEM)은 옹벽 배후에서 발생하는 파괴면을 직선으로 단순화하여 만들어지는 흙쐐기에 대하여 힘의 평형조건을 만족시킴으로써 정역 학적으로 문제를 해결하는 방법인 반면에, 한계해석법(LAM)에서는 한계평형법에서 고려하지 않은 변형에 대한 적합조건을 고려한다(Chen, 1975). 한계해석법을 적용함에 있어 이전에는 비교적 단순한 형상을 갖는 문제에 대해서만 한정된 갯수의 활동면을 가정하였다. 최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 DLO(Discontinity Layout Optimization) 기법(Smith et al.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
옹벽이란 무엇인가? 옹벽은 대표적인 토류구조물로 매우 큰 토압을 지지하는 케이슨안벽과 같은 항만구조물은 중력식 옹벽으로 설계하며 작은 토압에서는 캔틸레버 옹벽이 사용된다. 이러한 옹벽들의 안정성을 검토할 때, 한계평형법을 사용하여 벽면마찰력의 유무에 따라 Rankine 토압론 또는 Coulomb 토압론을 적용하고 있다.
옹벽들의 안정성을 검토할 때 무엇을 쓰는가? 옹벽은 대표적인 토류구조물로 매우 큰 토압을 지지하는 케이슨안벽과 같은 항만구조물은 중력식 옹벽으로 설계하며 작은 토압에서는 캔틸레버 옹벽이 사용된다. 이러한 옹벽들의 안정성을 검토할 때, 한계평형법을 사용하여 벽면마찰력의 유무에 따라 Rankine 토압론 또는 Coulomb 토압론을 적용하고 있다. Coulomb 토압론은 파괴시 활동파괴면 사이의 흙쐐기에 대한 힘의 평형 조건으로부터 옹벽에 작용하는 토압을 구하는 이론이다.
다양한 파괴토체를 가정하는 이유는 무엇인가? 한계해석법은 파괴시 발생하는 토체의 변위를 고려하여 파괴토체가 활동하면서 한 일과 이에 따라 옹벽이 움직이면서 한 일을 구하고 활동파괴면(토체와 원지반, 토체와 옹벽 사이의 활동면)을 따라 소모된 에너지를 각각 구하여 토압을 구하는 이론이다. 이때 파괴토체와 이에 상응하는 활동파괴면의 형상은 다양하게 가정한 파괴토체에 의해 발생하는 일과 소모되는 에너지의 양이 가장 작은 경우에 의해 결정된다(Chen, 1975). 따라서 다양한 파괴토체를 가정하기 위해서는 컴퓨터에 의한 시산법이 사용된다.
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참고문헌 (8)

  1. Yoo, K.S. (2017), "Study on Earth Pressure Acting Against Caisson Structure with the Heel", Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol.29, No.2, pp.67-76. 

  2. Barghouthi, A. F. (1990), "Active Earth Pressure on Walls with base Projection", Jornal of Geotechnical Engineering, Vol.116, No.10, pp.1570-1575. 

  3. Chen, W.F. (1975), "Limit Analysis and Soil Plasticity", Developments in Geotechnical Engineering, Vol.7, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, pp.341-351. 

  4. Greco, V. R. (2001), "Active Earth Thrust on Cantilever Walls with Short Heel", Canadian Geotechnical Journal, Vol.38, No.2, pp.401-409. 

  5. Smith, C.C. and Gilbert, M. (2007), "Application of Discontinuity Layout Optimization to Plane Plasticity Problems", Proc. Royal Society A, Vol.463, No.2086, pp.2461-2484. 

  6. Smith, C.C. and Gilbert, M. (2010), "Advances in Computational Limit State Analysis and Design", Advances in Analysis, Modeling, & Design, Proceedings of the GeoFlorida 2010 Conference. 

  7. Teng, W.C. (1962), "Foundation design", Prentice-Hall, Inc. pp. 316-317. 

  8. Terzaghi, K. (1943), "Theoretical Soil Mechanics", JohnWiley & Sons, Inc. pp.246-247. 

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